안녕하세요. 강상우 전문가입니다.
화학
Q. 체감온도와 실제온도의 차이점?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.겨울철에 기상예보에서는 ‘체감온도’라는 말을 자주 듣게 된다.기상 캐스터는 체감온도와 실제 온도가 차이가 적지 않게 차이가 날 것이라고 말하곤 한다. 예를 들면 내일 낮 기온은 영하 6도이지만 강한 바람의 영향을 받아 체감온도는 영하 10도까지 떨어지겠다는 식이다.체감온도라는 말의 뜻이 몸으로 느끼는 온도라는 것은 대충 알겠는데 왜 실제 온도와는 다를까? 기상청에서 얘기하는 체감온도도 정확한 측정이 가능할까? 아니면 그냥 추측해서 이야기하는 것일까?체감온도는 ‘느낌온도’라고도 부르는데 기상청에서 발표하는 체가온도는 날씨가 추운 날에 바람까지 불 때 자주 얘기한다. 생각하기에도 아주 추운 겨울날, 바람까지 세게 분다면 몸으로는 느끼는 추위는 훨씬 더 추울 것이 분명하다.체감온도를 정확하게 말하면 ‘실외에 있는 사람이나 동물이 바람과 한기에 의해 노출된 피부의 열을 빼앗길 때 느끼는 추운 정도를 나타내는 숫자’라고 할 수 있다.그런데 체감온도는 사람 피부의 열 교환 상태에 따라 달라진다. 사람의 몸은 누구나 알고 있는 것처럼 36.5~37℃를 일정하게 유지하고 있다.그런데 겨울철에는 대부분 기온이 우리 몸의 체온보다는 낮기 때문에 우리 몸의 열은 주변의 공기를 덥히는데 사용된다. 이는 열에너지가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는 물리학의 원리에 따른 것이다.바람이 부는 겨울 날씨에 몹시 춥게 느끼는 것은 사람의 몸에 의해서 데워진 공기가 새로운 찬 공기와 빠르게 교체된다. 바람이 거의 없는 날에는 몸 근처의 공기가 거의 움직이지 않아 몸의 열을 덜 빼앗긴다.하지만 바람이 세게 불면 계속적으로 공기가 교체되기 때문에 우리 몸으로부터 훨씬 많은 열을 새로운 공기에게 빨리 빼앗기게 된다.바람이 세면 셀수록 우리의 피부에 접촉하는 공기의 양은 더 커지며 따라서 우리의 몸에서 빼앗기는 열은 그만큼 많아져 더 춥게 느껴지는 것이다.또 우리의 피부는 추운 공기 속에서도 항상 수분을 증발시킨다. 몸에서 수분을 증발 시키는 이유는 몸에 있는 노폐물을 제거하기 위해서인데 하지만 무작정 수분을 몸 밖으로 배출할 수만은 없다.이 때 액체를 기체로 변하게 하여 몸 밖으로 배출하게 되는데 반드시 열이 필요하다. 이 열은 액체가 기체가 되기 위해 필요하고 ‘기화열’이라고 불린다.우리의 피부가 습기를 증발시킬 때는 필요한 열을 어디서 가져올까? 바로 우리 자신의 몸에서, 그리고 몸이 접하고 있는 주위의 공기층에서 빼앗는 것이다.만약에 공기가 움직이지 않는다면 피부에 접하고 있는 공기층이 빨리 수분으로 포화되기 때문에 피부에서의 증발은 극히 천천히 진행된다. 비가 오는 날 습기가 많으면 빨래가 빨리 마르지 않는 것과 같은 원리이다.그러나 공기가 움직이고 피부에는 항상 새로운 공기들이 접하게 된다면 항상 증발이 계속된다. 따라서 우리 몸은 계속적으로 열이 빼앗기게 되어 체온이 떨어지게 된다.아이들의 몸에 갑자기 열이 올랐을 때 부모님들이 체온을 떨어뜨리기 위해 알코올을 바르는 것도 비슷한 원리이다. 몸에 알코올을 바르면 알코올이 액체에서 기체로 변할 때 필요한 열을 몸으로부터 빼앗기 때문에 아이의 열이 떨어지는 것이다.실제 과학자들은 기온이 섭씨 4도이고 바람이 없을 때는 사람의 피부 온도는 섭씨 31도가 된다고 한다. 그런데 깃발이 약간 펄럭이는 초속 2미터 정도의 바람이 불면 피부의 온도는 섭씨 24도가 된다. 초속 6미터의 바람이 분다면 피부의 온도는 섭씨 21도만큼 내려 떨어지게 된다.우리나라 기상청에서는 현재 미국과 캐나다 등 북아메리카 국가들을 중심으로 널리 사용되고 있는 ‘체감온도’ 공식을 사용하고 있다.공식은 체감온도(℃)=13.12+0.6215×T-11.37V0.16+0.3965V0.16×T이다.여기서 T는 기온을 나타내며, V는 지상 10m 지점에서의 풍속을 의미한다. 1시간 당 몇km를 가는 바람인지를 측정해 공식에 대입하면 체감온도를 구할 수 있다.이러한 공식에 따르면 영하 10℃에서 풍속이 5km/h일 때 체감온도는 영하 13℃이지만 풍속이 30km/h가되면 체감온도가 영하 20℃까지 떨어져 강한 추위를 느끼게 된다.따라서 겨울철 바람이 심하게 부는 날에는 옷으로 피부를 가려 피부가 차가운 공기에 노출되는 것은 막아야 추위를 막을 수 있다.
지구과학·천문우주
Q. 토네이도와 태풍은 엄연히 다른가요?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.우선 요약하자면 토네이도는 육상에서생기고 태풍,허리케인은 해상에서 발달합니다.'폭풍의 신'을 뜻하는 스페인어의 우라칸(huracan)에서 유래한 허리케인은 대서양과 카리브해, 멕시코만, 태평양 북부와 동부에서 생성돼 미국 동부 연안을 주로 강타한다.거대한 바람을 일으키는 그리스 신화의 초대형 괴물 티푼을 어원으로 하는 태풍(영어로 타이푼·typhoon)은 태평양 서부와 북서부, 인도양 북부에서 발생해 보통 아시아 지역으로 향한다.한국에서도 태풍은 매우 익숙한 자연재해다.인도양과 남태평양에서 발생하는 열대성 폭풍은 사이클론, 호주 남태평양 부근에서 형성되는 열대성 폭풍은 윌리윌리로 불린다.허리케인과 태풍은 거대한 파도를 일으켜 해안과 강변에서 침수 피해가 나기 일쑤고 동반된 강력한 바람은 건물을 무너뜨리고 차를 뒤집어놓을 만큼 위력이 강하다.따뜻한 바닷물에서 공급되는 수증기로 세력을 키우는 이들 열대성 폭풍은 보통 육지에 상륙하면 며칠 만에 잦아들어 열대성 저기압으로 세력이 약해진 뒤 소멸한다.반면, 토네이도는 바다에서 생기는 허리케인, 태풍과는 달리 육지에서 발생하는 폭풍에서 형성된 파괴력이 큰 소용돌이 바람을 일컫는 기상용어이다.영화 제목으로도 유명한 '트위스터'라고도 불리며, 주로 미국 중남부 지역에서 특히 봄에서 여름에 걸쳐 많이 볼 수 있다.이번에 켄터키주 등 미국 중부를 강타한 토네이도는 드물게 겨울철인 12월에 발생했다.초강력 토네이도에 폐허로 변한 미 켄터키주 메이필드 마을.
전기·전자
Q. 태양전지의 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.태양전지의 원리태양전지에 빛을 비추면 내부에서 전자와 양공(정공)이 발생한다. 발생된 전하들은 각각 P극과 N극으로 이동하는데, 이 작용에 의해 P극과 N극 사이에 전위차(광기전력)가 발생하며, 이때 태양전지에 부하를 연결하면 전류가 흐르게 된다. 이를 광기전력효과라 한다.
지구과학·천문우주
Q. 북극과 남극기지는 무엇을 하는곳인가요?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.추운겨울날 북극과 남극에서 일하는 분들은 정말 고생이 많으시겠지요??보통 극지방에서는 그 눈의 적설량과 빙하의 크기와 같이 기후와 관련된 부분을 확인한답니다.그밖에도 여러가지 탐사활동또한 이뤄지고 있습니다.
전기·전자
Q. 태양열에 대한 과학적 원리가 궁금합니다?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.태양열에너지란?태양열 발전은 태양의 열에너지를 이용한 발전방식입니다. 여기서 태양열은 태양에서 지구에 도달하는 열을 말합니다. 이를 복사열이라고 하는데, 태양의 표면 온도가 약 6000℃인 만큼 그 에너지가 엄청나답니다. 태양열 발전은 태양이 발생하는 열에너지를 이용하여 전기에너지를 만드는 방식입니다. 태양열로 물을 끓여 증기를 발생시킨 후에 터빈을 돌려 전기에너지를 생산하는 것인데요. 태양열에너지는 흡수·저장·열변환 등을 통해 건물의 냉난방 및 급탕 등에 활용될 수 있습니다. 태양광에 비해 익숙하지 않은 듯한 태양열은 사실 우리가 오래 전부터 사용해왔던 에너지입니다. 현재 세계 곳곳의 태양열에너지 시스템은 대부분 난방과 온수로 활용되고 있습니다. 미국과 유럽 각지에서는 태양열 냉방 장치도 사용되고 있다고 합니다. 태양열은 태양광과 마찬가지로 온실가스 없는 무공해·무한정 에너지 자원입니다. 그러나 에너지 밀도가 낮고 계절과 시간에 따라 일사량 조건의 변화가 심하지요. 따라서 지속적인 수요에 대한 안정적 공급이 힘들답니다. 또한 태양열 발전은 대량의 물을 데워 전기에너지를 발생시킬 만큼 증기를 만들어야 해 소형화가 어렵습니다. 때문에 발전시설을 설치하는 장소와 크기에 제약이 있습니다. 열에너지에서 전기에너지로 변환하는 과정이 복잡해 에너지 효율이 낮은 것도 단점입니다. 때문에 국내 신재생에너지 중 가장 오랜 역사를 가지고 있음에도 태양열에너지는 큰 빛을 보지 못하고 있습니다.
전기·전자
Q. 무풍에어컨과 일반 에어컨의 효율을 비교하였을 때 어느쪽이 더 우수한가요?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.에너지 효율측면에서는 무풍과 유풍의 차이는 거의 미묘하다고 할수 있습니다.다만 무풍과 유풍의 시스템차이는 팬으로 직접 불어주느냐 아니면 가압식으로 압력차에 의해 은은하게 퍼트려 주느냐 입니다.본인의 취향에 맞게 선택하시면 되겠습니다.2023년 무더운 여름이 예상되는데 도움이 되셨으면 좋겠습니다.
물리
Q. 물 위에서 몸이 떠오를 수 있는 이유는?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.바로 부력이란 개념이 적용됩니다.부력은 보통 물체가 밀어낸 물의 부피와 동일하게 되는데요?? 사람의 몸이 물에 뜰수있는이유는 몸의 밀도가 물보다 가볍기때문에 물에 뜰수 있답니다. 다만 물에 뜨는 표면적을 최대한 늘려야하므로 배영자세로하면 뜰수있고 그냥 수직으로 곧곧히 스면 가라앉게됩니다.
토목공학
Q. 눈을 밟을때 소리가 나는 이유는 뭔가요?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.신발을 신고 눈을 밟으면 그안에있던 공기층이 압축되면서 소리가 새어 나오는 것입니다.우리가 풍선 바람을뺄때도 바람이 나오면서 소리가 나오는것과 유사하다고 볼수있습니다.
생물·생명
Q. 왜 바다에 사는 생명체는 털이 없나요?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.털이 있으면 수중에서 운동능력에 방해가 되니 그에맞게 비닐을 갖게된것으로 판단됩니다.각자 환경에 맞춰 진화하는것을 고려해봤을때 털보다는 비닐이 물에서 생존하기 더 유리한 조건이었을 거라 생각합니다.
지구과학·천문우주
Q. 열기구가 하늘에 뜨는 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 강상우 과학전문가입니다.열기구가 공기중으로 올라가는 이유는, 지속적으로 가열하여 큰 풍선이 수축되지않고 상승기류를 타게 만드는 원리입니다.큰 부피의 풍선으로 지속적인 가열을 통해 공기 분자활동을 활발하게 만들어 밀도를 줄임으로, 주변 공기보다 가볍게 만들어 부양하는 것이지요.